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焊接过程自动化、机器人及智能化已成为焊接行业的发展趋势,机器人焊接技术已成为焊接领域研究的新热点。
随着国家《工业制造2015》发展纲要的落实,焊接机器人的应用将日益增加和快速发展。
据不完全统计,全世界在役的工业机器人中大约有将近一半的工业机器人用于各种形式的焊接加工领域,如汽车、工程机械、冶金、石油管道、水利、船舶、重装、军工等各领域,特别是工作条件比较恶劣和危险系数比较高的环境。
与之不相适应的是我国焊接机器人应用人才培养极为不足,为了更好的引导和促进焊接自动化专业实践教学,营造重视焊接技术、焊接工艺、崇尚技能的氛围,联合国内焊接电源、机器人、焊接仿真软件等相关企业,共同设计工业焊接机器人技术大赛,旨在激发焊接技能人才学习技术的热情,发现和选拔焊接高技能人才,促进相关院校专业建设和课程改革,提高焊接高技能人才培育质量和竞争力,推动我国民族产业的技术进步,为我国经济建设快速发展做出积极贡献。
本赛项主要针对产业发展要求和人才需求,面向企业、职业学校自动化技术、机器人技术应用和焊接自动化等专业,考察选手编程仿真和加工应用等综合水平,推动民族品牌焊接电源及焊接机器人应用与发展,引领职业学校焊接自动化专业课程教学的优化和改革,培养具有实践能力、创新能力的高素质技能复合型人才,加快我国产业转型升级。
四、赛项设计原则
(一)公开、公平、公正。
赛前公布组装的焊接机器人操作及维护设备名称,公布操作工艺规范和要求,公布配分细则,做到比赛内容、比赛过程、工艺标准、评分要求公开、公平与公正。
在赛项组织方面,按照大赛成绩管理办法的成绩管理流程执行,采用三次加密,成绩采用现场过程和结果评判相结合;
严格把关专家和裁判选用制度,对裁判进行培训和考核,统一执裁尺度;
借鉴世界技能大赛赛场布置模式,设置参观区域,允许观众和指导教师现场观摩大赛。
按要求组织赛项各个环节,保证竞赛公开、公平、公正。
(二)行业特色赛项所涉专业,必须对国家基础性、战略性产业起重要支持作用,且行业特色突出、全国布点较少。
焊接机器人之所以能够占据整个工业机器人总量的40%以上,与焊接这个特殊的行业有关,焊接作为工业“裁缝”,是工业生产中非常重要的加工手段,同时由于焊接烟尘、弧光、金属飞溅的存在,焊接的工作环境又非常恶劣,焊接质量的好坏对产品质量起决定性的影响。
传统的焊接工艺实施主要依靠手工操作和人工经验,具有环境恶劣、劳动强度高、生产效率低、产品质量不稳定的特点,难以实现高精度的焊接作业。
随着计算机与自动化技术的应用,传统的手工作业逐步发展成一定规模的机械化、自动化以及机器人焊接制造。
由于焊接机器人具有高效率、质量稳定、通用性强、工作可靠的优点,受到人们越来越多的重视。
在焊接生产中采用机器人技术,可以提高生产率、改善劳动条件、稳定和保证焊接质量、实现小批量产品的焊接自动化。
采用机器人焊接已成为焊接自动化技术现代化的主要标志。
职业学校的机械制造、自动化、机电设备等多个专业,都有对工业焊接机器人相关技术的学习内容和要求。
(三)竞赛内容对应相关职业岗位或岗位群、体现专业核心能力与核心知识、涵盖丰富的专业知识与专业技能点。
赛项坚持技能竞赛与教学改革相结合,涉及焊接技术、焊接工艺、机器人操作、机器人维护、计算机辅助设计与制造CAD\CAM技术等专业核心知识和专业核心技能,对应焊接设备的安装、工业机器人编程与调试、焊接轨迹离线编程应用、电气运行调试、故障诊断与排除、维护与保养等职业岗位日常工作任务。
(四)竞赛平台成熟。
竞赛平台采用真实生产加工设备为载体,结合企业或实际生产的需求,联合焊机、机器人、离线编程软件等厂家共同设计开发,具有工业机器人焊接工作站的典型性和实用性。
为了探索“工业焊接机器人技术”赛项的新思路,通过校企合作途径,以该项目的综合实训课程开发为载体,推动专业建设和课程改革,社会影响反应良好,具有广泛的用户基础。
五、赛项方案的特色与创新点
(一)竞赛内容方面
竞赛内容项涉及计算机辅助设计与制造CAD\CAM技术、材料、焊接工艺、机器人等专业技能和内容,综合考察队员的多方面专业技能和综合素养,符合当前产业发展对焊接人才的素质要求,赛事的举办填补了国家级工业机器人焊接技能大赛的空白,通过本届赛事的举办,引领焊接自动化的课程改革
(二)平台创新性方面
赛项平台以企业真实生产设备为载体,使用知名专业厂商提供的软硬件,配有自动升降的保护装置,能够有效遮挡焊接时产生的电弧强光,以企业或实际生活中的实际任务为考核内容,并将考核内容设计成教学任务,可供院校日常教学使用,体现了竞赛与日常教学相结合的特点,同时以计算机辅助设计与制造CAD\CAM技术作为辅助,使学生直观掌握最前沿的机器人焊接及离线编程仿真技术,并同时做到学以致用。
(三)竞赛结果方面
在竞赛结果评判方面,严格按照《全国职业院校技能大赛专家和裁判工作管理办法》和《全国职业院校技能大赛成绩管理办法》规定的工作流程和评判方法进行竞赛结果的评判。
(四)资源转换方面
将资源转换成果,融入互联网技术和现代教学方法,促进参赛学校交流和学习,推进高等职业学校课程改革与创新。
比如联合赛项专家、合作企业、获奖优秀指导教师共同开发制作微课程;
搭建焊接机器人操作及维护职业教育云平台,包括资源共享、资源下载、技术交流、在线学习、题库建设等。
六、竞赛内容简介(须附英文对照简介)
竞赛是以团队的形式在一套机器人焊接设备上进行,竞赛内容包括电气图识读、连接设备的电气线路;
机器人参数的设置、焊机参数设置;
路径规划及离线编程;
系统调试(对机器人位置点的数据进行示教、优化路径、排除故障等);
设备维护等任务。
着重检验选手对设备的安装、接线、调试、机械装调、电气故障检测与维修等综合能力,同时考核参赛选手的团队合作能力、工作效率、质量意识、安全意识和职业素养等。
附:
英文简介
Thecompetitioniscarriedoutonarobotweldingequipment,contain:
electricaldiagramreading,circuitconnection,robotparametersetting,weldingequipmentparameterset,routeplanning,off-lineprogramming,systemdebugging(positiondatateaching,pathoptimizingandtroubleshooting),equipmentmaintenance.Itexaminesabilitiesincluding:
equipmentinstallation,connection,debugging,mechanicaladjustment,faultdetectionandmaintenance,teamworkability,workefficiency,qualityawareness,safetyawarenessandprofessionalqualityetc.
七、竞赛方式(含组队要求、是否邀请境外代表队参赛)
(一)竞赛以团体赛方式进行。
每个参赛队2名选手,参赛选手必须是2018年度中等职业学校全日制在籍学生或五年制高职中一至三年级(含三年级)的全日制在籍学生,不限性别,年龄须不超过21周岁,年龄计算的截止时间以比赛当年的5月1日为准。
往届全国职业院校技能大赛同类赛项中获一等奖的选手,不得参加同一项目同一组别的赛项。
(二)竞赛队伍组成:
由各省、自治区、直辖市和计划单列市为单位组队参赛,同一学校相同项目报名参赛队不超过1支,不得跨校组队;
指导教师须为本校专兼职教师,每队限报2名指导教师。
(三)2018年本赛项邀请国际团队参赛,欢迎境外代表队到场有序观摩。
八、竞赛时间安排与流程
(一)竞赛时间:
各竞赛队在规定的时间内(4小时),完成“竞赛内容”规定的竞赛任务。
(二)竞赛场次:
根据参赛队伍数量确定竞赛场次。
(三)竞赛流程:
参赛队报到——组织参赛选手赛前熟悉场地、介绍比赛规程——举办开赛式——正式比赛(期间组织观摩、交流体验活动)——比赛结束(参赛队上交比赛成果)——成绩评定——闭赛式(赛项点评、公布成绩、颁奖)。
(四)竞赛日程
具体的竞赛日期,由全国职业院校技能大赛执委会及赛区执委会统一规定,以下所列为竞赛期间的日程安排表
日期
时间
内容
地点
第一天
下午
13:
30前
报到
酒店
14:
00-15:
00
领队会(分批抽签、赛前说明)
报告厅
15:
30-16:
30
大赛开赛式
16:
30-17:
选手熟悉赛场
(限定在观摩区,不进入比赛区)
赛场
第二天
上午
6:
第一批选手集合上车
7:
第一批选手检录(一次加密)
10-7:
第一批选手赛位抽签(二次加密)
30-11:
第一批选手正式比赛
11:
30-13:
第一批比赛成绩评定(三次加密)
10:
第二批选手集合上车
00-11:
第二批选手检录并带入隔离室
隔离区
第二批选手隔离休息
第二批选手赛场检录(一次加密)
10-13:
第二批选手赛位抽签(二次加密)
第二批选手正式比赛
赛场观摩
17:
30-19:
第二批比赛成绩评定(三次加密)
第三天
第三批选手集合上车
第三批选手检录(一次加密)
第三批选手赛位抽签(二次加密)
第三批选手正式比赛
第三批比赛成绩评定(三次加密)
第四天
闭赛式
九、竞赛试题
(一)本次比赛将预先建立赛题库,开赛一个月前在大赛网络信息发布平台上(www.chinaskills-jsw.org)公开题库。
(二)样卷详见附件一中职组“焊接机器人操作及维护”赛项样卷。
十、评分标准制定原则、评分方法、评分细则
根据《全国职业院校技能大赛成绩管理办法》的相关要求,制定评分标准制订原则、评分方法、评分细则。
(一)评分标准的制定原则
依据选手完成工作任务的情况,按照赛项专家组制定的考核标准进行评分。
评价方式采用过程评价与结果评价相结合,工艺评价与功能评价相结合,能力评价与职业素养评价相结合,满分为100分。
(二)评分方法
1.裁判组实行“裁判长负责制”,设裁判长1名,全面负责赛项的裁判与管理工作。
2.裁判员根据比赛工作需要分为检录裁判、加密裁判、现场裁判和评分裁判,检录裁判、加密裁判不得参与评分工作。
(1)检录裁判负责对参赛队伍(选手)进行点名登记、身份核对等工作;
(2)加密裁判负责组织参赛队伍(选手)抽签并对参赛队伍(选手)的信息进行加密、解密;
(3)现场裁判按规定做好赛场记录,维护赛场纪律;
(4)评分裁判负责对参赛队伍(选手)的技能展示、操作规范和竞赛作品等按赛项评分标准进行评定。
3.赛项裁判组负责赛项成绩评定工作,现场裁判每小组按每4~6个赛位3位裁判员设置,每小组设组长一名,组长协调,组员互助,现场裁判对检测数据、操作行为进行记录,不予以评判;
评分裁判按每10~15个赛位2位裁判员设置,对现场裁判的记录、设计的参数、程序、产品质量进行流水线评判;
赛前对裁判进行一定的培训,统一执裁标准。
4.参赛选手根据赛项任务书的要求进行操作,注意操作要求,需要记录的内容要记录在比赛试题中,需要裁判确认的内容必须经过裁判员的签字确认,否则不得分;
评价项目主要工量具的规范使用、装配工艺、装配质量、电气连接、参数设置、机电设备联调、产品加工等。
5.文明生产评价为扣分项包括工作态度、安全意识、职业规范、环境保护等方面。
6.赛项裁判组本着“公平、公正、公开、科学、规范、透明、无异议”的原则,根据裁判的现场记录、参赛队选手的赛项任务书及评分标准,通过多方面进行综合评价,最终按总评分得分高低,确定参赛队奖项归属。
7.按比赛成绩从高到低排列参赛队的名次。
比赛成绩相同,完成竞赛任务所用时间少的名次在前;
比赛成绩和完成竞赛任务用时均相同,按职业素养成绩较高的名次在前;
比赛成绩、完成竞赛任务用时、职业素养成绩相同,名次并列。
8.评分方式结合世界技能大赛的方式,以小组为单位,裁判相互监督,对检测、评分结果进行一查、二审、三复核。
确保评分环节准确、公正。
成绩经工作人员统计,组委会、裁判组、仲裁组分别核准后,闭赛式上公布。
9.扣违规分情况
选手有下列情形,需从参赛成绩中扣分:
(1)在完成竞赛任务的过程中,因操作不当导致事故,扣10~20分,情况严重者取消比赛资格。
(2)因违规操作损坏赛场提供的设备,污染赛场环境等不符合职业规范的行为,视情节扣5~10分。
(3)扰乱赛场秩序,干扰裁判员工作,视情节扣5~10分,情况严重者取消比赛资格。
10.比赛结束后,由专家对赛项的技术要点、选手表现、比赛结果等进行点评。
11.竞赛成绩分布:
序号
评分项目
知识、技能点
评定方法
分值
1
电气安装与连接
电气原理图识读、电器元件安装、工艺规范、电气线路连接等。
根据选手完成和记录情况按照评分细则给分
20分
2
参数设置
机器人的系统配置参数设置;
焊机的参数设置
25分
3
焊接机器人软件离线编程
机器人焊接路径规划编程;
4
系统整体运行调试部分
焊接机器人位置点示教;
故障排除;
系统整体运行调试
5
设备维护与保养
焊接机器人的保养维;
焊机的保养维护;
10分
6
职业素养与安全意识
团队精神强,分工合作,操作安全,无事故。
根据选手表现情况按照评分细则现场给分
5分
(三)评分细则(评分指标)
一级指标
比例
二级指标
20%
1.焊枪、焊丝、焊接工件的安装
5%
2.工业机器人电路、气路连接
3.焊机的电路、气路连接
4.电气控制柜接线
25%
1.机器人的系统配置参数设置
7%
2.焊机的启动电压、电流参数设置
6%
3.焊机焊接电压、电流参数设置
4.焊机收弧电压、电流及时间参数设置
1.离线编程软件连接及下载
2%
2.焊机机器人路径
10%
3.工业机器人动作控制程序设计
8%
1.工业机器人位置点示教
2.故障排除
3.系统整体运行调试
1.焊接机器人的维护保养
2.焊接系统的维护保养
安全操作,操作规范,无事故,赛位清洁、着装合格,正确使用工、量具
总计
100%
十一、奖项设置
(一)参赛选手奖励
赛项设团体奖,设一、二、三等奖。
以实际参赛队总数为基数,一、二、三等奖获奖比例分别为10%、20%、30%(小数点后四舍五入)。
(二)指导教师奖励
获得一等奖的参赛队的指导教师获“优秀指导教师奖”。
十二、技术规范
(一)专业教育教学要求
1.金属压力加工
2.金属热加工
3.焊接技术应用
4.建材装备运行与维护
5.有色装备运行与维护
6.钢铁装备运行与维护
(二)行业、职业技术标准
1.GB11291-1997《工业机械手安全规范》
2.GB/T15969-1995《可编程序控制器》
3.GB5117《碳钢焊条国家标准》
4.ISO15609-1:
2004电弧焊焊接工艺规程
5.ISO14732:
1998焊接操作工技能评定
6.ISO15607:
2003焊接工艺规程及评定的一般原则
十三、建议使用的比赛器材、技术平台和场地要求
建议参考“THARHJ-1型工业机器人焊接自动化工作站”,该工作站采用真实的工业现场焊接自动化生产设备,并在此基础上增加了教学内容和安全保护功能,将工业机器人、焊接技术及现代自动化技术整合到一个工作站中,可以实现对焊件进行焊接制造等操作。
目前,该平台的系列化产品已经在职业院校中广泛开展教学应用。
(一)技术平台特性
1.该平台各组件均安装采用钢材焊接的底座上,相关结构、电气控制回路、执行机构完全独立,采用工业标准件设计,方便进行教学。
2.具有良好的柔性和多样化的工作方式,通过跟换不同焊接自动化夹具,实现多种多样的控制效果,满足职业院校实训教学和开展技能竞赛的要求。
(二)技术平台组成
1.该实训平台由六自由度工业机器人系统、PLC控制柜、焊接系统、除烟系统、警示灯、机器人安装底座、焊接操作台、工作区域钢制栅栏、电脑桌以及配套的工、量、检具组成。
2.PLC控制柜用于控制设备的启动、停止、监控,对报警信息的及时响应,是设备的控制中心。
PLC控制柜采用钣金制作,底部设有4个带自锁万向轮,内部装有整块钢制网孔板,2mm厚度,配合安装导轨、自攻螺丝、安装卡子等用来安装元器件,控制柜安装有漏电保护断路器、开关电源、PLC及扩展模块,接线端子排,柜子门上方位置装有10寸工业触摸屏,触摸屏的下面有启动、停止、急停、指示灯等元件器,不用打开柜子门便可以操作。
(1)指示灯:
24V警示灯,三层,黄、绿红三种颜色、外径Φ60、常量24VDC。
(2)按钮:
复位按钮、旋钮开关、急停按钮等。
(3)断路器:
总电源开关为漏电保护开关。
(4)开关电源:
输出直流电DC24V/5A。
(5)触摸屏
3.焊接系统
采用二氧化碳气体保护焊,焊接系统主要由MIG-350焊机、送丝机、焊枪、工业液体CO2等构成。
(1)焊机
焊机参数如下:
电源电压/频率:
三相380V/50Hz
额定输入功率:
14.4KVA
额定输入电流:
25A(Imax32A)
输出电流调节范围:
25-350A
输出空载电压:
93V
输出电压调节范围:
14-40v
效率/功率因数:
≥89%/≥0.87
气体流量:
15-20L/min
使用焊丝直径(mm):
Ф0.8、Ф1.0、Ф1.2、Ф1.6
主变压器绝缘等级:
H
(2)送丝装置
焊机配套的送丝机采用光栅反馈的全数字化封闭式送丝机,送丝机构为四轮双驱。
(3)焊枪装置
焊枪枪体为高精度数控一体化加工,配备长寿命耗材,后端带弹簧支撑的耐磨电缆,具体参数如下:
冷却方式:
空冷
暂载率60%
焊接电流(MIX):
325A
焊接电流(CO2):
360A
焊丝直径:
0.8-1.2mm
4.烟雾排风系统
本设备配有烟雾排风器,吸管安装在焊接操作台上,能够直接吸走烟尘和飞溅,吸力强,节约资源。
有效的减少对环境的烟尘排放,能有效防止焊接废气对人体的伤害。
5.机器人安装底座
机器人安装底座用于安装机器人本体,长1500mm,宽1200mm,由120mm*80mm*8mm的矩形钢焊接而成,重量大,底盘稳,有4个可升降的轮子,方便移动。
6.焊接操作台
焊接操作台由型材和钣金制作,有4个锁紧轮,万能工作台设计理念,在工作台上有定位孔,适用多种工件定位,提供夹具。
工作台上方三面有深色钢化玻璃护栏,可以有效遮挡焊接时产生的电弧强光,工作台下方有用于接废料的不锈钢托盘。
7.产品基本配置
(1)基本配置
名称
型号及规格
数量
备注
ABB机器人本体
IRB1410
1台
ABB机器人控制器
IRC5
ABB机器人示教器
DSQ-679
焊机
ArtsenPM400N
送丝装置
焊枪
TBiROBO7G
7
工业净化器
TH7001
8
气瓶
1瓶
100%工业液体二氧化碳
9
减压流量阀
YQT-07
带36V加热器
10
可编程控制器
CPUST30
1套
11
触摸屏
SMART700
12
电气控制柜
(2)配套工具、量具及附件
类别
名称、型号、规格
工具
棘轮扳手、内六角扳手(1.5-10)、钢丝钳、十字螺丝刀(6×
250)、一字螺丝刀(3×
75)、活动扳手(250×
30)、工具箱等
量具
普通游标卡尺、卷尺等
附件
USB-PPI、USB线、TCP校准工具等
(三)赛场要求
1.竞赛场地光线充足,照明良好;
供电供水设施正常且安全有保障,并配置备用电源;
场地整洁;
每个赛位占地不小于20m2(5m×
4m),场地净高不低于3m,且标明赛位号,布置比赛平台1套(含配套工量具,图纸等)、实训桌及工作准备台各1张;
每个竞赛赛位提供380V、220V交流电源,提供独立的电源保护装置和安全保护措施。
2.竞赛场地内屏蔽通信信号,并设置隔离带,非裁判员、参赛选手、工作人员不得进入比赛场地;
竞赛场地划分为检录区、竞赛操作区、现场服务与技术支持区、休息区、观摩通道等区域,区域之间有明显标志或警示带;
标明消防器材、安全通道、洗手间等位置。
3.赛场设有保安、公安、消防、医疗、设备维修和电力抢险人员待命,以防突发事件;
赛场还应设有生活补给站等公共服务设施,为选手和赛场人员提供服务。
4.赛场设置安全通道和警戒线,确保进入赛场的大赛参观、采访、视察的人员限定在安全区域内活动,以保证大赛安全有序进行。
十四、安全保障
(一)安全保障组织机构
根据《全国职业院校技能大赛安全管理规定》
(二)选手安全要求
1.进入赛场,必须穿符合安全要求的服装。
不得穿背心、短裤和拖鞋进入竞赛场地;
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